含幂不等式nn+1与(n+1)n大小的比较与分析

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  摘  要:含幂不等式与的比较一直是数学中研究的热点问题,本文采取多种方法,从不同的角度将该问题简洁明了地解决。
  关键词:与;比较;解决
  中图分类号:O178        文献标识码:A
  引言
  中学数学中通常会出现比较含幂不等式与大小的问题,当正整数n给成较小的正整数时,该问题通过直接运算就得以解决,但是,当随着n的不断增大,如果仍采用传统的计算方法,运算量大,花费时间长,理论上是不可行的。魏瑶[1]等人曾利用极限知识给过该问题的答案,但没有详细证明,本文针对这个问题,将n一般化,通过对式子进行适当变形,利用高等数学[2]与数值分析[3]中的相关数学知识,主要从计算和证明两个方面,采用多种方法将此问题解决,充分拓展解题思路,实现一题多解。
  一、计算法
  作差法
  作差法是比较两个数大小的最基本方法之一,简洁快速。
  若比较正数m、n的大小,作如下处理:令p=m-n,若p>0,则m>n;若p<0,则m<n.
  本题中还需用到二项式展开公式:
  . 那么,
  当且时,有,
  因此
  =0.
  显然当时,,即.
  当n=1、2时,将1、2代入得出.
  作商法
  作商法也经常用于比较俩数大小的,若比较正数m、n的大小,做如下处理:
  令,若p>1,则m>n;若0<p<1,则m<n.
  极限公式:.原题中两数作商,分子分母同时除以得:
  根据自然对数的底数e的性质,因此
  显然当时,,即.
  当n=1、2时,将1、2代入得出.
  二、证明法
  取对数法
  这种方法需要用到对数与导数两个概念:
  如果(a>0,a),那么数x叫做以a为底N的对数(记作x=㏒a N).
  对分式求导:.
  则当x>e时,,递减;当0<x<e时,,递增。
  那么对于含幂不等式与
  两边同时取㏑:㏑与㏑;
  两边同时乘以得:与,根据它们导数的增减性,得知
  当时,.
  当n=1、2时,.
  数学归纳法
  当时,,,;
  当时,,,;
  当时,,,;
  当时,,,;
  当时,,,;
  …
  设,试证
  设,,,,则有
  即
  两边同时乘以,得:
  所以,当时,.
  当n=1、2时,.
  三、小结
  数学中的比较问题是较基础且出现频率较高的系列题型,有些题型看似复杂,甚至没有办法解决,但只要巧妙地应用相关数学知识,将原式稍加整合,如作差法或作商法,将问题转化成求俩数差或商的大小,这种方法应用广泛,但有时过程较复杂,运算量大;取对数法经常用于简化含幂的数字或函数,减少计算量,方便比较;而数学归纳法则主要用来研究与正整数有关的数学问题,当证明与其相关的命题或不等式比较困难时,可以考虑用数学归纳法。
  参考文献:
  [1] 魏瑶,吕高文. 与的大小关系[J]. 成都大学学报(自然科学版),1995(4).
  [2] 同济大学应用数学系. 高等数学[M]. 北京:高等教育出版社,2008(04).
  [3] 张威,杨月婷. 数值分析[M]. 北京:清华大学出版社,2010(08).
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